量子通信PPT.ppt

量子信息与量子通信,汇报人：王翠,量子信息学 一门新兴的、以量子力学与经典信息学理论为主干的交叉性学科。,绪 论,量子力学是20世纪初才诞生的，是近代物理学两大支柱之一。,经典力学：宏观物质的运动规律。,量子力学：微观粒子的运动规律自然界的运动规律。,第一章 量子力学,普朗克 1900年 辐射量子假说,爱因斯坦 1905年 光量子,玻尔 1913年 原子的量子理论,海森堡 1925年 矩阵力学,德布罗意 1923年 物质波,薛定谔 1926年 量子波动力学,狄拉克 20世纪30年代 量子场论,经典粒子,特性：每时刻的位置、速度完全确定，有确定的运行轨迹，遵从牛顿力学。,经典的波,特性：充满整个空间，遵从经典电磁场理论。,微观粒子,特点：同时具有粒子性和波动性。 设想空间中有一个微观粒子，任何时刻有可能在空间中任何点探测到粒子（类似经典波的特性），但一旦探测到只能在其中一个探测器处发现该粒子（类似经典粒子的特性）。,经典粒子在某个时刻只能处于确定的 物理状态上；,量子粒子则可以同时处于各种可能的物 理状态上（叠加态）。,A.“薛定谔猫” 宏观量子叠加态,此 刻 我 是 一 只 既死又活 的 猫,Logic will get you A to B,imagination will take you everywhere . -Albert Einstein,EPR佯谬,EPR效应：非局域性是量子力学的基 本性质。,纠缠态,B.EPR佯谬,c.量子态的非克隆性 （Non-Cloning）,定理：由于量子力学的态叠加原理，量子系统的任意未知量子态，不可能在不遭破坏的前提下，以确定成功的概率被克隆到另一个量子体系上。,量子态的非克隆性例证,设,为二维空间任意量子态,量子克隆：,现假定,为任意叠加态：,初始模和复制模均处于,和,的混合态,初始模和复制模处于纠缠态,无论哪种情况，都不可能处于初始模和复制模的直积态,不存在物理过程可精确复制任意量子态,20世纪人类把量子力学应用于物质科学和能源科学，导致了构成当代文明社会的高科技成果，如核能、半导体、激光等。 21世纪人类将量子力学应用于信息科学，导致量子信息的诞生，这将为全人类带来更丰富的高科技成果。,量子特性应用到信息领域中可以发挥出独特的功能，在提高运算速度、确保信息安全、增大信息容量等方面可以突破现有的经典信息系统的极限。,量子通信（Quantum Teleportation）是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。,电子通信：通过电信号的参数传送信息 量子通信：由量子态携带信息,第二章 量子通信,量子隐形传态,量子通信方式,量子密钥分配,1、量子隐形传态 （Quantum Teleportation）,量子隐形传态（quantum teleportation）是经由经典通道和EPR通道传送未知量子态。,地球,木星,通俗来讲就是将甲地的某一粒子的未知量子态在乙地的另一粒子上还原出来。因量子力学的不确定原理和量子态不可克隆原理，限制人们将原量子态的所有信息精确地全部提取出来，因此必须将原量子态的所有信息分为经典信息和量子信息两部分，它们分别由经典通道和量子通道送到乙地，根据这些信息，在乙地构造出原量子态的全貌。,传输的只是表达量子信息的“状态“， 作为信息载体的光子本身并不被传输。,量子隐形传态,幺正变换,贝尔测量,贝尔态,1,2,3,4,这个两粒子系统塌缩在以上其中一个态上,实际上Alice和Bob从始至终都对X上的这些信息一无所知，他们唯一所知道的是： 最后，X和A成为纠缠单态，Bob的粒子有了原来X的所有性质，隐形传态完成了。,2、密钥分配过程原理BB84协议,程序运行的界面,密钥分配失败,密钥分配成功,量子密钥和量子隐形传态的区别,2019/11/15,量子通信与经典通信的对比,容量大 速度快 中国科技大学潘建伟教授主持的量子隐形传态研究项目组2013年测出，量子纠缠的传输速度至少比光速高4